神经元作为大脑的基础组成单元,对研究大脑的结构和功能至关重要。以往,受神经元标注和成像技术的局限,得到的图像有较高的噪声和不均匀的信号。9月15日,在东南大学举办的2019神经元重建及应用国际研讨会中,科技日报记者获悉,东南大学脑科学与智能技术研究院及东南大学-艾伦研究所脑数据联合中心,近日开发了一套基于VR和AI技术的开源精准数据标注系统TeraVR,在全脑水平上重建出目前世界最大、最精确的神经元三维结构,数据量世界第一。
想获取神经元形态,通常需要做大脑细胞的稀疏标注、全脑成像、脑图像可视化、神经元形态重建等。其中,脑图像的可视化与神经元形态重建是整个流程中的瓶颈。东南大学脑科学与智能研究院客座教授王宜敏介绍,一个完整的小鼠全脑图像通常占据数十个Terabytes,猴脑的全脑图像更是达到Petabytes量级。同时,脑神经元极为复杂的拓扑结构也进一步增加了形态重建的难度。
“针对这些挑战,我们基于虚拟现实及人工智能技术,设计并研发了一套开源的半自动化全脑神经元重建系统TeraVR,能高效精确的从超大规模脑显微图像数据中,产生大量全脑神经元形态结构。”王宜敏介绍,科研人员用高分辨率显微镜为小鼠大脑切片拍照,再将小鼠大脑中的神经元结构提取出来,制作成精准的三维图像。利用沉浸式的双目立体成像,就可以更方便的观察大脑结构,并从中分析出高度复杂的神经元树突及轴突的三维投射路径。
王宜敏表示,“系统显微图像的分辨率精度能达到0.1—0.2微米,而且可以识别一些通用软件中存在的重建缺失、过度重建、拓扑错误等问题。”他说,目前该系统已经重建了1000多个完整的神经元结构,数据量全球第一。
“对于大脑神经元结构的了解,可以为诸如帕金森症、阿兹海默症、渐冻症等神经退行性疾病的诊断治疗,提供参考。”王宜敏说。
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